物理化学[习题解答_第十三章 界面现象]
《物理化学(第五版)》第十三章复习题答案-新版.ppt
复习题3
• 3.用学到的关于界面现角的知识解释以下几 种做法或现象的基体原理：①人工降雨； ②有机蒸馏中加沸石；③多孔固体吸附蒸 气时的毛细凝聚； ④过饱和溶液，过饱和 蒸气，过冷液体等过饱和现象； ⑤重量分 析中的“陈化” 过程；⑥喷洒农药时，为 何常常在农药中加入少量表面活性剂。
5
复习题3
• 这些现象都可以用开尔文公式说明，①、 ②、 ④、 ⑤是新相刚形面时的体积小，曲率半径小，对与之 平衡的旧相有更加苛刻的条件要求。③多孔固体吸 附蒸气时，被吸附的气体的液相对毛细管是润湿的， 其曲率半径小零，当气体的分压小于其饱和蒸气压 时，就可以发生凝聚。⑥喷洒农药时，在农药中加 入少量表面活性剂，可以降低药液的表面张力，使 药液在叶面上铺展。
复习题15
15.表面活性剂的效率和能力有何不同？表面活 性剂有哪些主要作用？
• 表面活性剂的效率：使水的表面张力下降到一定值 时所需表面活性剂浓度。
2 gl Mc1
R'
ln
c2 c1
2 sl M RT
5
13.什么叫表面压？如何测定它？它与通常的气 体压力有何不同？
• 表面压为纯水的表面张力与膜表面张力之 差。可以用膜天平进行测定；与通常的气 体压力不同的是它是二维压力。
5
复习题14
2.为什么气泡、小液滴、肥皂泡等都呈圆形？玻 璃管口加热后会变得光滑并缩小（俗称圆口）， 这些现象的本是什么？用同一滴管滴出相同体积 的苯。水和NaCl 溶液，所得的液滴数是否相同？
• 弯曲液面有附加压力，其最终会将不规则的液 面变为圆形或球形；
• 球形表面积最小，表面自由能最低，最稳定； • 不相同。
• 答：小颗粒的CaCO3分解压大。因为小粒 的附加压力大，化学势高。
13章_表面物理化学
p总 p0 ps
对活塞稍加压力，将 毛细管内液体压出少许
使液滴体积增加dV
相应地其表面积增加dA 克服附加压力ps所做的功等 于可逆增加表面积的Gibbs 自由能
psdV dAs
p0 ps
R'
psdV dAs
V 4 R'3
弯曲表面上的附加压力 弯曲表面上的蒸气压——Kelvin 公式
一、 弯曲表面上的附加压力
1.在平面上
对一小面积AB，沿AB的
p0
四周每点的两边都存在表面
f
AB
f
张力，大小相等，方向相反，
p0
所以没有附加压力。
设向下的大气压力为p0， 向上的反作用力也为p0 ，附 加压力ps等于零。
ps p0 p0 0
1.气-液界面
空气
CuSO4 溶液
气-液 界面
2.气-固界面
气-固界面
3.液-液界面
H2O
Hg
液-液 界面
4.液-固界面
Hg
液-固界面
H2O
玻璃板
5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
二、界面现象的本质
表面层分子与内部分子相比所处的环境不同 体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力 是对称的，各个方向的力彼此抵消。 但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相 同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一 相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销， 因此，界面层会显示出一些独特的性质。
对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质 在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来 自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。
物理化学[习题解答_第十三章 界面现象]
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酸分子的截面积为若干？
解 (1) ab
(c c ) 1 b c c
2
cc RT
(c
c
)
ab c c RT (1 b c
c
)
(2)将数据代入上式，得：
2 4.30 106 mol m2
(3)当b c ? 1时 c
2
a RT
5.40 106 mol m2
A 1 3.081019 m2 0.308nm2
p1 101.325kPa p 1；p2 1013.25kPa p 10
代入兰缪尔吸附公式，得：
1aa11
2.5dm3 Vm
a10 1a10
4.2dm3 Vm
解得：a 1.223，Vm 4.54dm3
当 V 1 时，1.223 p p 1 Vm 2 11.223 p p 2
p p 0.82，即p 0.82 p 83.087kPa。
解 ln p 2 M 0.3487 p0 RT R
p 1.4172 p0
p 1.4172 3168Pa 4489Pa
12.在298K时，1,2-二硝基苯(NB)在水中所形成的饱和溶液 的浓度为5.9×10-3mol·dm-3，计算直径为0.01μm的NB微 球在水中的溶解度？已知在该温度下，NB与水的γl-s为 0.0257N·m-1，NB的密度为1566kg·m-3。
0
a
ln
1
b
c c
式中γ0为纯水的表面张力，a、b为常数。
(1)试求该溶液中丁酸的表面超额Γ2和其浓度c之间的关 系式(设活度系数均为1)；
(2)若已知a=0.0131N·m-1， b=19.62，试计算当c=0.2时Γ2 值为多少？
(3)
界面现象题目--答案参考
界⾯现象题⽬--答案参考界⾯现象习题集1、为什么⾃由液滴必成球形？答：纯液体表⾯上的分⼦⽐内部分⼦具有更⾼的能量，⽽能量降级为⼀⾃发过程，所以它必然导致表⾯⾯积为最⼩状态。
2、为什么有云未必有⾬？如何使云变成⾬答：空⽓的上升运动，造成⽓温下降，形成过饱和⽔⽓；加上吸湿性较强的凝结核的作⽤，⽔⽓凝结成云，来⾃云中的云滴，冰晶体积太⼩，不能克服空⽓的阻⼒和上升⽓流的顶托，从⽽悬浮在空中。
当云继续上升冷却，或者云外不断有⽔⽓输⼊云中，使云滴不断地增⼤，以致於上升⽓流再也顶不住时候，才能从云中降落下来，形成⾬。
3、分⼦间⼒与什么有关，其与表⾯张⼒的关系何在？答：分⼦间⼒与温度、电荷分布、偶极矩、分⼦相对质量、外加电场有关表⾯张⼒实质为每增加单位表⾯积所增加的⾃由焓1）表⾯张⼒的物理意义需⽤分⼦间作⽤⼒解释：在液体表⾯，表⾯分⼦的两侧受⼒不等。
⽓相分⼦对它的引⼒远远⼩于液相。
必然受到向下的拉⼒。
所以，要将液体内部的分⼦拉⾄表⾯，必须克服分⼦间⼒对其做功。
该功主要⽤来增加其表⾯能。
即：Γ为增加单位表⾯积所做的功。
对纯液体⽽⾔，热⼒学诸函数关系为：通常以等温等压和定组成条件下，每增加单位表⾯积引起⾃由焓的变化，即⽐表⾯⾃由焓。
⽐表⾯⾃由焓即为表⾯张⼒。
2）表⾯张⼒是液体分⼦间引⼒⼤⼩的度量指标之⼀，凡是影响分⼦间⼒的因素必将影响表⾯张⼒。
4、20℃时汞的表⾯张⼒Γ=4.85×10-1N/m ，求在此温度及101.325kPa 的压⼒下，将半径r1=1.0mm 的汞滴分散成r2=10-5mm 的微⼩汞滴⾄少需要消耗多少的功？答： dA=8dr = -w Γ=4.85×10-1N/m w=6.091x J5、分⼦间⼒的认识过程说明了什么?你有哪些体会？答：我们对于分⼦间⼒的认识是⼀个不断深化的过程。
由于看到了各物质之间的异同⽽提出了分⼦间⼒这样⼀个概念来解释。
随着解释的不断深⼊，认识也在不断地提⾼，从⽽对其进⾏更多的修正。
物理化学——界面现象课堂练习
C .表面功是指系统增加单位面积时环境所作的可逆功 ； D .表面自由能、表面功、表面张力单位分别为J·m2、 J·m2、N·m-1，各数值也不同 。 5.一根毛细管插入水中，液面上升的高度为h，当在水中加入少量的NaCl， 这时毛细管中液面的高度为：
A 等于h ； B 大于h ； C 小于h ； D 无法确定 。
mol m 2
每个分子占有的面积：
1
1
S ΓL 5.38106 6.021023
30.9 1020 m2
ln
c a
1
d b 0
dc 2.303(c a)
Γ c d
b 0c
RT dc 2.303RT(c a)
（2）饱和吸附时，c>>a，忽略a：
Γ
b 0
2.303RT
0.411 0.07286 5.38106 2.3038.314 291
剂的增溶作用。 8. 溶液的cmc浓度之后，渗透压下降，电导率升高。 9. 根据吉布斯吸附等温式，溶液浓度增加，表面张力增加的物质肯定在表面产
生负吸附，溶液的表面吸附量实际上是单位面积的表层中，所含溶质的物 质的量与同量溶剂在溶液本体中所含溶质物质的量的差值。 10. 新开采出来的石油中含有很多微小乳滴的水，按定义原油属于O/W型乳状液。
（2） CHCl3的分压为6.6672 kPa时，平衡吸附量为若干？ 五．291 K时，各种饱和脂肪酸水溶液的表面张力可以表示为：
0 1 b
lg
c a
1,
式中γ0＝0.07286 N·m-1, b＝ 0.411, a 是常数，c为浓度，试求： （1）各种饱和脂肪酸水溶液的吉布斯吸附等温式；
傅献彩《物理化学》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(表面物理化学)【圣才出品】
第13章表面物理化学13.1 复习笔记一、表面和界面1．定义界面是指密切接触的两相之间约几个分子厚度的过渡区。
若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。
常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。
其中气-液界面和气-固界面习惯称为表面。
2．界面现象的本质处在界面层的分子，与内部分子相比所处的环境不同，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵消，因此，界面层会显示出一些独特的性质。
对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。
3．比表面比表面是单位质量物质的表面积，单位通常以m2·g-1来表示。
其定义为s AAm或式中，m 和V 分别为物质的质量和体积，A s 为物质的总表面积。
比表面通常用来表示多相分散系统的分散程度。
对一定质量的物体，若将其分散为粒子，粒子越小，比表面越大。
二、表面张力及表面Gibbs 自由能1．液体的表面张力、表面功及表面Gibbs 自由能（1）表面张力：在两相（特别是气液）界面上，处处存在着一种张力，这种力垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切。
把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，其方向指向液体方向并与表面相切，并和两部分的分界线垂直。
表面张力可以看作是引起液体表面收缩的单位长度上的力，单位为N ·m -1。
（2）表面功：在恒温、恒压和组分恒定下，使系统增加单位表面积所需的可逆功，其单位为J ·m -2。
可表示为（3）表面Gibbs 自由能：在恒温恒压下，使系统增加单位表面积所需的Gibbs 自由能的增值，其单位为J ·m -2。
可表示为注意：表面张力、表面功及表面吉布斯函数均用γ表示。
厦门大学物理化学习题及答案第章界面现象
厦门大学物理化学习题及答案第章界面现象1、表面性质与什么有关？服用同样质量同样成份的药丸和药粉，哪一种的药效快？为什么？答案：（药粉的比表面大，药效快。
）2、试计算在20℃时将1cm3水分散成半径为1某10-5cm的小水滴所需要的功。
答案：(2.16J)3、将一个系有细线圈的金属环，在肥皂液中浸一下然后取出，这时金属环被一层液膜所覆盖，而细线圈也保持着最初不规则的形状（见图），现若将线圈内的液膜刺破，问线圈将变成什么形状？为什么？答案：（变成一圆圈，因为表面张力的作用。
）4、有人从"表面扩展过程是一熵增过程"出发，得到"表面扩展是一自发过程"这一结论。
试指出此结论的错误所在。
答案：（体系熵增加并不等于总熵增加。
）5、设纯水的表面张力与温度的关系符合下面的关系式假定表面积改变不会引起总体积变化。
试求(1)在283K及压力下可逆地使水的表面积增加1cm2时，必须对体系做功多少？(2)计算该过程中体系的ΔU、ΔH、ΔS、ΔF、ΔG及所吸收的热。
(3)除去外力，使体系不可逆地自动收缩到原来的表面积；并设不做收缩功。
试计算该过程的ΔU、ΔH、ΔS、ΔF、ΔG及热。
答案：〔(1)W＝-7.424某10-6J(2)ΔU＝ΔH＝7.564某10-6J、ΔF＝ΔG＝7.424某10-6J、ΔS＝4.95某10-10J·K-1、Q＝1.4某10-7J(3)ΔU＝ΔH＝-7.564某10-6J、ΔF＝ΔG＝-7.424某10-6J、ΔS＝-4.95某10-10J·K-1、Q＝ΔU〕4、如图所示两根毛细管中分别装有两种不同的液体，若在毛细管右端加热，问液体将如何移动。
答案：(上管向左，下管向右)5、在下列体系中将活塞两边连通时将出现什么情况？为什么？若连通大气又如何？答案：（小泡变小，大泡变大，若连通大气，则两气泡均变小，直至曲率半径变成无限大。
）6、在一管径不均匀的毛细管中有一些可润湿管壁的液体存在（见图）。
第十三章 表面物理化学
（2）求总表面积和比表面
n Vm /(22.4dm3 mol-1) (STP)
S AmLn
S比 S / m
m为吸附剂质量
（七） 固体的表面吸附
3. Freundlich吸附等温式：
(1) q kp1/n lg q lg k 1 lg p
n
(2) x k' p1/n m
lg q lg k 1 lg c n
基本观点
（1）他们接受了Langmuir理论中关于固体表面是均 匀的，吸附作用是吸附和解吸的平衡等观点
（2）不同的是他们认为吸附是多分子层的。当然 第一层吸附与第二层吸附不同，因为相互作用的对 象不同，因而吸附热也不同，第二层及以后各层的 吸附热接近于凝聚热。
（七） 固体的表面吸附
二常数BET吸附公式。
S1/ 2 0 S1/ 2 0
2. 表面压
0
能铺展 不能铺展
（五）液-固界面现象
（五）液-固界面现象
1. 粘附功
Wa G ls gs gl
2. 浸湿功
Wi G ls gs
3. 铺展系数 S G sg ls gl
4. 接触角
cosq s-g l-s
若表面反应为速控步
1. 单分子反应 A
B
A+ S
k1
S
k2
k3
S
S +B
k-1 r k2q A
k-3
(1) 若产物吸附弱
qA
aA pA 1 aA pA
r k2aA pA 1 aA pA
(2) 若产物也被吸附
qA
1
aA pA aA pA aB
pB
r
k2aA pA
1 aA pA aB pB
物理化学全程导学及习题全解287-304 第十三章表面物理化学
第十三章 表面物理化学本章知识要点与公式 1.表面张力及表面Gibbs 自由能 B B B B,,n ,,n ,,n ,,n s s s s S V S p T V T p U H A G A A A A γ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂====⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 2.弯曲表面上的附加压力和蒸气压 （1）Young -Laplace 公式：''1211R R s p γ⎛⎫=+⎪⎝⎭上式表示附加压力与球曲率半径及表面张力的关系。
若是球面，'''12'2, s R R R p R γ===若为平面，则'1R 和'2, 0s R p →∞→。
毛细管内液柱上升（或下降）的高度（h ）计算方法。
2cos h R gγθρ=∆（θ为液体与管壁之间的接触角，11g ρρρρ∆=-≈ ） （2）弯曲表面上的蒸气压—Kekvin 公式''0022ln r p M p MRT p p R RTR γγρρ∆==简化式： 3.溶液的表面吸附 Gibbs 吸附公式 22d d 2a RT a γΓ=-若2d 0,0d 2a γ〈Γ〉则，是正吸附，表面活性物质；若22d 0,0d a γ〉Γ〈则，是负吸附，非表面活性物质。
4.液—固界面——润湿作用 杨氏润湿方程：cos s g l sl gγγθγ----=当090o o θ≤〈时，液体能润湿固体， 0o θ=时，液体完全润湿固体。
当90180o o θ〈≤时，液体不能润湿固体， 180o θ=时，液体完全不能润湿固体。
粘湿功()1cos a g s g l l s g l W γγγγθ----=+-=+ 浸湿功cos i g s l s g l W γγγθ---=-=铺展系数()cos 1g s g l l s g l S γγγγθ----=--=- 5.固体表面吸附 Langmuir 等温式：m m11ap p pap V V a V θ==++或 混合气体的Langmuir 吸附等温式：B 1B BB BBa p a p θ=+∑Fieundlich 等温式：1nq kp = BET 吸附公式（=常数公式）：()()11pms s C V V p p p C p =⎡⎤-+-⎢⎥⎣⎦eMKHH T 方程式：()ln o m V RT A p V θα== 通过Clausius -Clapeyron 方程式求化学吸附热2ln Q RTq p T ∂⎛⎫=⎪∂⎝⎭ 6.气－固相表面催化反应单分子反应2A A 2A A A 1k a pr k a p θ==+（假定产物的吸附很弱）若A p 低，A A 1a p ，则2A A A r k a p kp ==，一级反应； 若A p 高，A A 1a p ，则2r k =，零级反应； 若A p 适中，2A AA A1k a p r a p =+，介于0~1级之间。
物理化学第十三章表面物理化学
第Ⅲ类，溶液表面张力在溶质浓度很低时 急剧下降，至一定浓度后溶液表面张力随浓度 变化很小。属于这一类的溶质主要是含长碳链 的羧酸盐、硫酸盐、磺酸盐、苯磺酸盐和季铵 盐——表面活性剂。
→分子间作用力减小→表面张力减小。
Vm2 3 k Tc T 6.0
式中，Tc为临界温度。
可见：当温度趋于临界温度时，饱和液 体和饱和蒸气性质趋于一致，相界面消失， 液体表面张力趋于零。
（4）压力影响 压力增大，一般使界面张力下降：压
力增加→气相密度增加→两相间密度差 减小。
对于固体和液体表面下降幅度很小。
对于凸面：表面张力的合力方向是指 向液体内部；则P内=P外+Ps
对于凹面：表面张力的合力方向是指 向液体内部；则P内=P外-Ps
故：对于凸面：附加压力Ps = P内- P外 对于凹面：附加压力Ps = P外- P内
附加压力产生的原因：表面张力的存在。
二、附加压力的计算
对于曲率半径为R´的小液滴或液体中的小
五、 弯曲液面上的蒸气压 开尔文公式
微小液滴因具有较大的比表面，因而其饱 和蒸气压要比平面液体高。其值与物质的本 性、温度、压力、液滴的大小有关。
RT
ln
pg
p
0 g
2M R
（开尔文公式）
pg0：平面液体的饱和蒸气压，pg为非平面
液体的饱和蒸气压；、M和R分别为液体的
密度、摩尔质量和液滴半径。
气泡：
ps
2
R
___球面条件下的杨-拉普拉斯公式 。 小结：
《物理化学》高等教育出版(第五版)第十三章胶体与大分子溶液练习题
第十三章胶体与大分子溶液练习题一、判断题：1．溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统。
2．溶胶与真溶液一样是均相系统。
3．能产生丁达尔效应的分散系统是溶胶。
4．通过超显微镜可以看到胶体粒子的形状和大小。
5．ξ 电位的绝对值总是大于热力学电位φ的绝对值.。
6．加入电解质可以使胶体稳定，加入电解质也可以使胶体聚沉；二者是矛盾的。
7．晴朗的天空是蓝色，是白色太阳光被大气散射的结果。
8．旋光仪除了用黄光外，也可以用蓝光。
9．大分子溶液与溶胶一样是多相不稳定体系。
10．将大分子电解质NaR的水溶液与纯水用半透膜隔开，达到Donnan平衡后，膜外水的pH值将大于7。
二、单选题：1．雾属于分散体系，其分散介质是：(A) 液体；(B) 气体；(C) 固体；(D) 气体或固体。
2．将高分子溶液作为胶体体系来研究，因为它：(A) 是多相体系；(B) 热力学不稳定体系；(C) 对电解质很敏感；(D) 粒子大小在胶体范围内。
3．溶胶的基本特性之一是：(A) 热力学上和动力学上皆属于稳定体系；(B) 热力学上和动力学上皆属不稳定体系；(C) 热力学上不稳定而动力学上稳定体系；(D) 热力学上稳定而动力学上不稳定体系。
4．溶胶与大分子溶液的区别主要在于：(A) 粒子大小不同；(B) 渗透压不同；(C) 带电多少不同；(D) 相状态和热力学稳定性不同。
5．大分子溶液和普通小分子非电解质溶液的主要区分是大分子溶液的：(A) 渗透压大；(B) 丁铎尔效应显著；(C) 不能透过半透膜；(D) 对电解质敏感。
6．以下说法中正确的是：(A) 溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统；(B) 溶胶与真溶液一样是均相系统；(C) 能产生丁达尔效应的分散系统是溶胶；(D) 通过超显微镜能看到胶体粒子的形状和大小。
7．对由各种方法制备的溶胶进行半透膜渗析或电渗析的目的是：(A) 除去杂质，提高纯度 ；(B) 除去小胶粒，提高均匀性 ；(C) 除去过多的电解质离子，提高稳定性 ；(D) 除去过多的溶剂，提高浓度 。
(完整版)物理化学题库简答题(60题,6页)
第四部分：简答题（60题）第一章；气体501压力对气体的粘度有影响吗？答：压力增大时，分子间距减小，单位体积中分子数增加，但分子的平均自由程减小，两者抵消，因此压力增高，粘度不变。
第二章 ：热力学第一定律502说明下列有关功的计算公式的使用条件。
（1）W ＝－p(外)ΔV （2）W ＝－nRTlnV2/V1（3） γ＝Cp/Cv )1/()(12γ---=T T nR W 答：由体积功计算的一般公式可知：⎰-=dV p W )(外（1）外压恒定过程。
（2）理想气体恒温可逆过程（3）理想气体绝热可逆过程。
503从同一始态膨胀至体积相同的终态时，为什么理想气体的恒温膨胀功总大于绝热可逆膨胀功？答：两过程中压力下降程度不同，理想气体恒温可逆膨胀过程中从环境吸热因此压力下降较小，而理想气体绝热可逆膨胀过程中无法从环境吸热故压力下降较大，因此理想气体恒温可逆膨胀过程所做的功总是大于绝热可逆膨胀过程所做的功。
504系统经一个循环后，ΔH、ΔU、Q 、W 是否皆等于零？答：否。
其中H 和U 为状态函数，系统恢复至原态后其值复原，即ΔH＝0、ΔU＝0。
而热与功是与途径有关的函数，一般不会正好抵消而复原，除非在特定条件下，例如可逆绝热膨胀后又可逆绝热压缩回至原态，或可逆恒温膨胀后又可逆恒温压缩回至原态等。
505 25℃100KPa 下液态氮的标准摩尔生成热为零吗？(298)f m H K ∆$答：否。
因为按规定只有25℃100Kpa 下最稳定的单质的标准摩尔生成热才为零。
液态氮虽为单质，但在25℃100Kpa 下不能稳定存在，故其不等于零。
只有气态(298)f m H K ∆$氮的才为零。
(298)f m H K ∆$506热力学平衡态包括哪几种平衡？答：热平衡、力平衡、相平衡、化学平衡。
507卡诺循环包括哪几种过程？答：等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀、等温可逆压缩、绝热可逆压缩。
508可逆过程的特点是什么？答：1）可逆过程以无限小的变化进行，整个过程由一系列接近平衡态的状态构成。
(完整版)界面现象测试题答案
界面现象测试题（二）参考答案1. 液体的表面自由能γ可以表示为：( )参考答案: C(A) （∂H/∂A）T,p,n(B) （∂F/∂A）T,p,n(C) （∂U/∂A）S,V,n(D) （∂G/∂A）T,V,n2．下列叙述不正确的是：参考答案: D(A) 比表面自由能的物理意义是，在定温定压下，可逆地增加单位表面积引起系统吉布斯自由能的增量；(B)表面张力的物理意义是，在相表面的功面上，垂直作用于表面上任意单位长度功线的表面紧缩力；(C)比表面自由能与表面张力量纲相同，单位不同；(D)比表面自由能单位为J·m2，表面张力单位为N·m-1时，两者数值不同。
3. 对大多数纯液体其表面张力随温度的变化率是：( ) 参考答案: B(A) (∂γ/∂T)p> 0 (B) (∂γ/∂T)p< 0(C) (∂γ/∂T)p= 0 (D) 无一定变化规律4．同一体系，比表面自由能和表面张力都用σ表示，它们：参考答案: D(A) 物理意义相同，数值相同； (B) 量纲和单位完全相同；(C) 物理意义相同，单位不同；(D) 前者是标量，后者是矢量。
5．纯水的表面张力是指恒温恒压组成时水与哪类相接触时的界面张力：参考答案: B(A) 饱和水蒸气；(B) 饱和了水蒸气的空气；(C) 空气； (D) 含有水蒸气的空气。
6. 已知400 K 时，汞的饱和蒸气压为p0，密度为ρ，如果求在相同温度下，一个直径为10-7 m 的汞滴的蒸气压，应该用公式：( ) 参考答案: C(A)p =p0+ 2γ/R' (B) ln(p/p0) =ΔVap Hm(1/T0- 1/T)/R(C) RTln(p/p0) = 2γM/ρＲ' (D) p = nRT/V7．某温度压力下，有大小相同的水滴、水泡和气泡，其气相部分组成相同，见图。
它们三者表面自由能大小为：参考答案: A(A) G a = G c < G b；(B) G a = G b > G c ；(C) G a < G b < G c ；(D) G a = G b = G c 。
第十三章表面物理化学练习题及答案
第十三章表面物理化学练习题一、选择题1．在电泳实验中，观察到分散相向阳极移动，表明:(A) 胶粒带正电(B) 胶粒带负电(C) 电动电位相对于溶液本体为正(D) Stern 面处电位相对溶液本体为正2．通常称为表面活性物质的就是指当其加入于液体中后：(A) 能降低液体表面张力(B) 能增大液体表面张力(C) 不影响液体表面张力(D) 能显著降低液体表面张力3．实验测得O2在金表面上的吸附热Q与吸附量无关，这种吸附满足以下哪种吸附规律？(A)L angmuir等温式(B) Freundlich等温式(C) TëMKuH等温式(D) 以上三种皆可以4．对于有过量KI 存在的AgI 溶液，电解质聚沉能力最强的是：(A) K3[Fe(CN)6] (B) MgSO4(C) FeCl3(D) NaCl5．多孔硅胶的强烈吸水性能说明硅胶吸附水后，表面自由能将(A) 变高(B) 变低(C) 不变(D) 不能比较6．为直接获得个别的胶体粒子的大小和形状，必须借助于：(A) 普通显微镜(B) 丁铎尔效应(C) 电子显微镜(D) 超显微镜7．由0.01 dm3 0.05 mol·kg-1的KCl 和0.1 dm3 0.002 mol·kg-1的AgNO3溶液混合生成AgCl 溶胶，为使其聚沉，所用下列电解质的聚沉值由小到大的顺序为：(A) AlCl3＜ZnSO4＜KCl (B) KCl ＜ZnSO4＜AlCl3(C) ZnSO4＜KCl ＜AlCl3(D) KCl ＜AlCl3＜ZnSO4 8．将一毛细管端插入水中，毛细管中水面上升5 cm，若将毛细管向下移动，留了 3 cm 在水面，试问水在毛细管上端的行为是：(A) 水从毛细管上端溢出(B) 毛细管上端水面呈凸形弯月面(C) 毛细管上端水面呈凹形弯月面(D) 毛细管上端水面呈水平面9．明矾净水的主要原理是：(A) 电解质对溶胶的聚沉作用(B) 溶胶的相互聚沉作用(C) 电解质的敏化作用(D) 电解质的对抗作用10．在pH ＜7 的Al(OH)3溶胶中，使用下列电解质使其聚沉：(1)KNO3(2) NaCl (3) Na2SO4(4) K3Fe(CN)6在相同温度、相同时间内，聚沉能力大小为：(A) (1) ＞(4) ＞(2) ＞(3) (B) (1) ＜(4) ＜(2) ＜(3)(C) (4) ＞(3) ＞(2) ＞(1) (D) (4) ＜(3) ＜(2) ＜(1) 11．兰缪尔的吸附等温式为Γ = Γ∞bp/(1+bp)，其中Γ∞为饱和吸附量，b为吸附系数。
物理化学第十三、十四章习题课内容
物理化学第十三、十四章习题课内容-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第十三章表面现象习题课内容一、单选题：2．在液面上，某一小面积S周围表面对S有表面张力，下列叙述不正确的是：(A) 表面张力与液面垂直；(B) 表面张力与S的周边垂直；(C) 表面张力沿周边与表面相切；(D) 表面张力的合力在凸液面指向液体内部(曲面球心)，在凹液面指向液体外部。
4．一个玻璃毛细管分别插入25℃和75℃的水中，则毛细管中的水在两不同温度水中上升的高度：(A) 相同； (B) 无法确定；(C) 25℃水中高于75℃水中；(D) 75℃水中高于25℃水中。
8．已知20℃时水～空气的界面张力为7.27 × 10-2N·m-1，当在20℃和p下可逆地增加水的表面积4cm2，则系统的ΔG为：(A) 2.91 × 10-5 J ； (B) 2.91 × 10-1 J ；(C) -2.91 × 10-5 J ； (D) -2.91 ×10-1 J 。
12．在一个密闭的容器中，有大小不同的两个水珠，长期放置后，会发生：(A) 大水珠变大，小水珠变小；(B) 大水珠变大，小水珠变大；(C) 大水珠变小，小水珠变大；(D) 大水珠，小水珠均变小。
22．25℃时，乙醇水溶液的表面张力与浓度的关系为：σ(N·m-1) = 0.072 - 5 ×10-4c(mol·dm-3) + 2 ×10-4c2(mol·dm-3)。
若要使表面吸附为正吸附，则要求浓度c(mol·dm-3)应该：(A) > 0.5 ；(B) < 0.5 ；(C) > 1.25 ；(D) <1.25 。
28．矿石浮选法的原理是根据表面活性剂的：(A) 乳化作用；(B) 增溶作用；(C) 去污作用；(D) 润湿作用。
物理化学课件物化习题课第十三章 表面物理化学
二、例题
1.选择与填空 (1) 直径为110-2m的球形肥皂泡所受的附加压力为(已知表 面张力为0.025N.m-1) ( D ) (A) 5Pa； (B) 10Pa； (C) 15Pa； (D) 20Pa (2) 用同一滴管分别滴下1cm-3的NaOH水溶液、水、乙醇 水溶液，各自的滴数多少的次序为 ( C ) (A) 三者一样多； (B) 水>乙醇水溶液>NaOH水溶液 (C)乙醇水溶液>水>NaOH水溶液 (D) NaOH水溶液>水>乙醇水溶液
5.Gibbs吸附公式
Γ2
a2 RT
d
da2
d /da2<0， 2 >0，正吸附，
表面活性物质
d /da2>0，2 <0，负吸附，
非表面活性物质
6.粘湿功、浸湿功、铺展系数
W a G l-sl-gs-g
W i Glsgs
S G g sg ll s S≥0，液体可以自动铺展
4
一、基本概念及公式
lnp pr vaR pH m31 73T 12ln2 14 05 17 .3 .3
T=429.6K
15
二、例题
(2) 298K和101.325kPa下，将直径为1.0m的毛细管插入水 中，问需在管内加多大压力才能防止水面上升？若不加额 外压力，水面上升达平衡后，管内液面上升多高？ 已知：该水的表面张力为0.072N.m-1，密度为1000kg.m-3， 设接触角为0º，重力加速度为g=9.8m.s-2。
(CHale Waihona Puke 不变 (D) 无法判断13
二、例题
2.计算题 (1)373K时，水的表面张力为 0.0589 Nm-1，密度为958.4 kg. m-3，问直径为100nm的气泡内的蒸汽压为多少？在 101.325kPa外压下，能否从373K的水中蒸发出直径为 100nm的蒸汽泡？若要蒸发温度为多少？已知100℃以气化 热为40.7 kJmol-1。
物理化学 第十三章 表面物理化学
3、在凹面上：
剖 面 图
附加压力示意图
研究以AB为弦长的一个球形凹面上的环作为边界。由于环 上每点两边的表面张力都与凹形的液面相切，大小相等，但 不在同一平面上，所以会产生一个向上的合力。 所有的点产生的总压力为ps ，称为附加压力。凹面上向下 的总压力为：p0-ps ，所以凹面上所受的压力比平面上小。
13.2 弯曲表面下的附加压力与蒸气压
一、弯曲表面下的附加压力 1.在平面上
剖面图
液面正面图
以AB为直径的一个环作为边界，由于环上每点的两边都存 在表面张力，大小相等，方向相反，所以没有附加压力。 附加压力Ps等于零。
2、在凸面上
剖 面 图
附加压力示意图
研究以AB为弦长的一个球面上的环作为边界。由于环上每点 两边的表面张力都与液面相切，大小相等，但不在同一平面上， 所以会产生一个向下的合力。 所有的点产生的总压力为ps ，称为附加压力。凸面上受 的总压力为： p0+ ps p0为大气压力， ps为附加压力。
（3）附加压力与毛细管中液面高度的关系
A. 曲率半径R'与毛细管半径R
R R = cos θ
'
如果曲面为球面，则R'=R。 水θ=0°, 汞θ=180°
B.
ps = ρ gh
二、弯曲液面上的蒸汽压——开尔文公式 1、推导 液体 U 饱和蒸汽
对小液滴与蒸汽的平衡，应有相同形式，设气体为理想气体。
Gm (l) = Gm (g) ⎡ ∂Gm (g) ⎤ ⎡ ∂Gm (l) ⎤ ⎥ dpg ⎢ ⎥ dpl = ⎢ ⎢ ⎣ ∂pl ⎦ T ⎣ ∂pg ⎥ ⎦T Vm (l)dpl = Vm (g)dpg Vm (l) ∫ ο dpl = RT ∫ ο d ln pg
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14.在292K时，丁酸水溶液的表面张力可以表示为：
0
a
ln
1
b
c c
式中γ0为纯水的表面张力，a、b为常数。
(1)试求该溶液中丁酸的表面超额Γ2和其浓度c之间的关 系式(设活度系数均为1)；
(2)若已知a=0.0131N·m-1， b=19.62，试计算当c=0.2时Γ2 值为多少？
Wf G 0.074J F G 0.074J
U Q Wf 0.04J (0.074J) 0.114J H U 0.114J
S H G (0.114 0.074)J 1.36104 J K1
T
283K
8. 在298K时，平面水面上的水的饱和蒸气压为3168Pa， 求在相同温度下，半径为3nm的小水滴上水的饱和蒸气 压。已知此时水的表面张力为0.072N·m-1，水的密度设 为1000kg·m-3。
第十二章 界面现象
7. 求在283K时，可逆地使纯水表面增加1.0m2的面积，吸 热0.04J。求该过程的ΔG、 W、ΔU 、ΔH 、ΔS和ΔF各为 多少？已知该温度下纯水的表面吉布斯自由能为 0.074J·mol-2。
解 G dA 0.074J m2 1.0m2 0.074J
解 (1)已知兰缪尔吸附等温式为：
V ap
Vm 1 ap a V 55.21
p(Vm V ) (2)V Vmap 73.56dm3 kg1。
1 ap
所以在苯与水未互溶前，苯可在水面上铺展。当苯部分溶入
水中后，水的表面张力下降，则当苯与水互溶到一定程度后，
苯在水面上的铺展将会停止；
(2) (汞-气) [ (水-气) (汞-水)] 35.3103 N m1 0
所以水在水银面上能铺展；
(3) (汞-气) [ (苯-气) (汞-苯)] 97.1103 N m1 0
解 RTln c 2 lsM (T2 T1 ) c0 R T2T1
ln c 1 2 lsM c0 RT R
数据代入得： c 9.2 103 mol dm3
S
9.2
103 mol dm3 1.0kg dm3
0.168kg
mol1
1.55103
界面
苯-水 苯-气 水-气 汞-水 汞-水
γ×103/(N·m-1) 35 28.9 72.7 483 375
试计算下列情况的铺展系数及判断能否铺展：(1)苯在水 面上(未互溶前)；(2)水在水银面上；(3)苯在水银 8.8103 N m1 0
c
)
(2)将数据代入上式，得：
2 4.30 106 mol m2
(3)当b c ? 1时 c
2
a RT
5.40 106 mol m2
A 1 3.081019 m2 0.308nm2
L2
18. 293K时，根据下列表面张力的数据：
p1 101.325kPa p 1；p2 1013.25kPa p 10
代入兰缪尔吸附公式，得：
1aa11
2.5dm3 Vm
a10 1a10
4.2dm3 Vm
解得：a 1.223，Vm 4.54dm3
当 V 1 时，1.223 p p 1 Vm 2 11.223 p p 2
解 ln p 2 M 0.3487 p0 RT R
p 1.4172 p0
p 1.4172 3168Pa 4489Pa
12.在298K时，1,2-二硝基苯(NB)在水中所形成的饱和溶液 的浓度为5.9×10-3mol·dm-3，计算直径为0.01μm的NB微 球在水中的溶解度？已知在该温度下，NB与水的γl-s为 0.0257N·m-1，NB的密度为1566kg·m-3。
p p 0.82，即p 0.82 p 83.087kPa。
25. 用活性碳吸附CHCl3，符合兰缪尔等温式，在273K时 的饱和吸附量为93.8dm3·kg-1。已知CHCl3的分压为 13.4kPa时的平衡吸附量为82.5dm3·kg-1。试计算： (1)兰缪尔吸附等温式中的常数a； (2) CHCl3的分压为6.67kPa时的平衡吸附量。
(3)
如果当浓度增加到
b
c c
?
1 时，再求的值为多少？设
此时表面上丁酸成分子紧密排列层，试计算在液面上丁
酸分子的截面积为若干？
解 (1) ab
(c c ) 1 b c c
2
cc RT
(c
c
)
ab c c RT (1 b c
所以苯在水银面上能铺展。
21. 在473K时，测定氧在某催化剂上的吸附作用，当平衡 压力为101.325kPa和1013.25kPa时，每千克催化剂吸附 氧气的量(已换算成标准状况)分别为2.5和4.2dm3，设该 吸附作用服从兰缪尔公式，计算当氧的吸附量为饱和值 的一半时，平衡压力为若干？
解 根据兰缪尔吸附公式： ap V 1 ap Vm